Движение животных Большинство животных обладают способностью к перемещению своего организма – локомоции. Благодаря локомоции животные добывают пищу, спасаются от неблагоприятных условий среды и от врагов, расселяются в пространстве, находят партнера для размножения. Движение – очень сложная деятельность, в которой участвует множество биологических, химических и физических процессов. Основы локомоторной деятельности связаны с координацией движения конечностей, точной ориентацией животного в пространстве, обеспечением достаточной интенсивности действия мускулатуры, активным снабжением тканей кислородом и со многими другими физиологическими процессами в организме. Статикой называется процесс стояния, кинематикой — процесс движения тела. Стояние животного является активным процессом и обусловливается работой всех мышц туловища и конечностей. Оно возможно только при сохранении равновесия, а для этого нужна фиксация всех частей скелета. Напряжение мышц туловища и конечностей фиксирует суставы конечностей и поддерживает соответствующее положение головы относительно туловища. При стоянии всегда происходит затрата энергии. Поэтому время стояния ограничено. Из домашних животных только лошади не очень старого возраста могут отдыхать стоя. Это объясняется тем, что у лошадей некоторые мышцы конечностей или превратились в мощные сухожильные тяжи, или такие тяжи включены в толщу мышц, или сами мышцы устроены по типу многоперистых, вследствие чего обладают огромной силой. Стояние четвероногих животных облегчается тем, что они имеют значительную площадь опоры. Центр тяжести у них расположен относительно близко к земле, вследствие чего равновесие очень устойчиво. В поддержании равновесия у животных большую роль играет положение головы. Стоит только поднять у животного одну ногу и фиксировать голову, как создается неустойчивое положение, т.к. поднятая конечность наполовину уменьшает площадь опоры. Движения животного в пространстве обусловлены перемещением центра тяжести тела путем отталкивания одной из задних конечностей. Вследствие перемещения центра тяжести создается неустойчивое положение, которое устраняется выносом вперед передней конечности. Это влечет за собой передвигание вперед задней конечности. При движении конечностей наблюдается ряд последовательно сменяющихся фаз: после отталкивания конечность приподнимается, выносится вперед и снова ставится. Различные фазы движения на всех четырех конечностях происходят в разное время и следуют друг за другом быстро. Виды перемещения животных Передвижения могут быть пассивными (за счёт использования водных и воздушных течений) и активными (локомоции). К пассивному движению относятся, напр., парение в воздухе птиц, млекопитающих и др.; перемещение пауков на паутинках с помощью ветра; перемещение планктона водными течениями; форезия (транспортирование мелких животными более крупными) и др. Локомоции осуществляются при помощи специальных органов, строение которых своеобразно у разных животных: • ложноножки (медленное перетекание протоплазмы – амёбоидное движение); • реснички и жгутики (ресничное и жгутиковое движение); • специальные придатки тела, с помощью которых животные цепляются за неровности субстрата (щетинки, чешуйки, щитки) или прикрепляются к нему (присоски); • конечности, представляющие собой систему рычагов, приводимую в движение сокращениями мышц. Амёбоидное движение свойственно одноклеточным организмам – амёбам. При этом, клетки образуют временные выступы – псевдоподии. По одной из гипотез образование псевдоподий связано с периодическим затвердеванием и разжижением цитоплазмы. По другой версии, движение происходит за счёт белковых актиновых и миозиновых молекул; в этом случае амёбоидное движение сходно с механизмом мышечного сокращения. Другой способ движения связан с ресничками и жгутиками, находящимися на поверхности некоторых одноклеточных (эвгленовые, инфузории) и небольших многоклеточных организмов. И те, и другие органеллы состоят из двух центральных одиночных микрофибрилл, окружённых по периферии девятью двойными. Движение жгутика симметрично; в каждый момент по нему проходит несколько поперечных волн. Биение реснички, напротив, асимметрично; после быстрого удара прямой реснички она изгибается и изогнутой возвращается в исходное состояние. Способы передвижения животных различаются в зависимости от среды обитания: • по твёрдому или жидкому субстрату (шаг, бег, рысь, иноходь, галоп, кувыркание, скольжение, ползанье, лазанье); • в почве (рытьё); • в воде (плаванье); • в воздухе (полет, планирование). I. Способы передвижения по твёрдому или жидкому субстрату 1. Шаг (ходьба) – самый медленный способ передвижения конечностями, при котором о грунт опираются одновременно 2-3 конечности, а в стадии переноса находится 1-2 конечности. В зависимости от скорости и длины шага различают: медленный, нормальный, быстрый, семенящий, короткий, широкий шаг. Насекомые при ходьбе опираются тремя ногами о землю. Совершая шаг вперед, они попеременно опираются, то на левые переднюю и заднюю и правую среднюю, то на правые переднюю и заднюю и левую среднюю ноги. Хвостатые земноводные при ходьбе по земле опираются на короткие ножки. При этом боковые изгибы туловища увеличивают длину шага, а изгибы хвоста помогают сохранять равновесие. Коротконогие виды земноводных, напр. жабы, могут медленно шагать, последовательно переставляя конечности. Птицы по земле передвигаются либо шагом, либо скачками. Продвигаясь шагом, птица поочередно переставляет то одну, то другую ногу. Такой способ передвижения характерен для наземных птиц, гнездящихся или кормящихся в основном на земле. Это куриные птицы, дрофы, кулики, чайки, многие пластинчатоклювые, веслоногие, рябки, голуби, многие голенастые, а из воробьиных — жаворонки трясогузковые, скворцы. Так же передвигаются и некоторые врановые, вроде ворон, грачей и галок. Двигаясь скачками, птицы отталкиваются одновременно обеими лапами. При этом они держат лапки либо на одном уровне, либо одну из лап заметно выдвигают вперед. Скачками передвигаются в основном древесные птицы: кукушки, дятлы, ракшевые птицы, некоторые виды мелких сов и многие воробьиные: вьюрковые, ткачиковые, большинство овсянок, свиристели, сорокопуты, поползни, синицы, большинство дроздовых и лесные виды врановых — сороки, сойки, кедровки. 2. Рысь – характеризуется синхронной работой диагональных конечностей (крестнакрест). Передняя правая и задняя левая, передняя левая и задняя правая. 3. Иноходь – синхронно работают не диагональные пары конечностей, а латеральные — передняя и задняя нога одной стороны сменяются передней и задней ногой другой стороны. 4. Галоп – характерно поочередное отталкивание задними конечностями, свободный полет в воздухе и приземление на передние ноги. Задние ноги выносятся далеко вперед, как бы охватывая и перегоняя пару передних конечностей. «Типичное» исходное строение скелета имеют рептилии, передвигающиеся относительно медленно на 4 ногах. При «пресмыкании» с помощью расставленных по бокам тела коротких парных конечностей, примерно равных друг другу, туловище относительно подвижно, хвост умеренно длинен и шея коротка (гаттерия, большинство ящериц). Приспособлением к движению по сыпучему грунту служит появление на пальцах оторочки из роговых пластинок («песчаные лыжи») и уплощение тела (круглоголовки и др.). У пресмыкающихся ускорение движения по суше достигается увеличением относительных размеров и изменением постановки конечностей: перенос конечностей под туловище позволяет приподнять его над грунтом и ускорить передвижение (многие пустынные ящерицы; крокодилы, изменяя постановку ног, могут бежать галопом со скоростью 12 км в час). Еще больше повысил скорость переход к двуногому передвижению, характерному для некоторых пустынных ящериц (плащеносной; пустынной агамы, некоторых игуан). При этом увеличивались размеры хвоста, игравшего роль балансира, а передние конечности стали служить преимущественно для удерживания пищи. Сильное развитие задних конечностей с пальцами, отороченными чешуйками, позволяет шлемоносному василиску буквально «бежать по воде». 5. Рикошетирующий бег – быстрое передвижение прыжками. Бесхвостые земноводные по суше передвигаются прыжками, поднимая тело в воздух резким толчком обоих задних конечностей. 6. Кувыркание – способ передвижения гидры, при котором она может медленно передвигаться с места на место, поочерёдно «ступая» то подошвой, то щупальцами. Пиявки освоили шагающие движения с помощью присосок 7. Скольжение – способ движения брюхоногих моллюсков благодаря волнам сокращения, пробегающим по подошве ноги. Обильно выделяемая слизь облегчает скольжение и ускоряет движение. 8. Ползанье - передвижение по субстрату всем телом без использования конечностей. Ползанье у червей. Покровы тела плоских червей покрыты ресничками, благодаря которым они могут передвигаться. Под кожными покровами располагаются несколько слоёв мышц. При помощи мышц этот плоские черви могут менять форму тела и передвигаться. Таким образом, плоские черви перемещаются при помощи сокращения и удлинения мышц. У кольчатых червей помимо продольных мышц, развиты поперечные мышцы. Поочередно сокращая поперечные и продольные мышцы, червь, используя щетинки на сегментах тела, раздвигает частички почвы и двигается вперёд. Ползание змей осуществляются тремя способами: а) изгибы тела в горизонтальной плоскости, при котором отдельные участки тела опираются на грунт и создают толкающую силу; след змеи при этом извитой, а скорость движения составляет 5-8 км/ч; С помощью изгибов всего тела передвигаются и безногие земноводные. б) обитатели песков при так называемом «боковом ходе» забрасывают, не касаясь субстрата, заднюю часть тела вперед и в сторону, опираясь на покоящуюся часть тела, затем переносят вперед переднюю часть тела и операция повторяется. При таком движении на песке остаются параллельные полоски поперек направления хода; в) при «гусеничном передвижении» по телу пробегает волна сокращения, толкающая его вперед при опоре на расширенные брюшные щитки. Значение брюшных щитков подтверждается тем, что морские змеи, живущие всю жизнь в водной среде, утратили их. Брюхо их покрыто такой же мелкой чешуей, как и спина. Если морскую змею вытащить на сушу, она извивается, но почти не может двигаться по твердому субстрату. 9. Круговые движения. Тело круглых червей покрыто снаружи плотной многослойной оболочкой, под которой находится сросшийся с ней слой мышц. Эти мышцы только продольные, поэтому черви могут изгибать свое тело, но не способны втягивать или укорачивать его. 10. Лазанье – передвижение в надземных горизонтах своего местообитания, то есть в кустах и на деревьях. В самом широком смысле слова этот способ передвижения включает и любое движение над уровнем земли, например по наклонным деревьям или по ветвям низких кустов. Такое "лазанье" не что иное, как продолжение ходьбы по земле. Поэтому его можно встретить у самых разных позвоночных: рыб (илистые прыгуны), земноводных (древесные лягушки), пресмыкающихся (некоторые вараны, ящерицы) и у таких млекопитающих, как кабарга, козы, псовые и грызуны. У животных, специально приспособленных к лазанью, различаются 2 типа такого передвижения. Первым из них можно считать лазанье на разные вертикальные объекты, к которым относятся не только деревья, но и скалы, стены и т. п. Животные при этом придерживаются когтями (большинство лазающих млекопитающих, птицы, из пресмыкающихся - вараны), присосками (некоторые лягушки, например квакши) или с помощью поверхности используют не только мышечную силу своих необычайно длинных передних конечностей, но и всю динамику движения вообще, и колебание ветвей в том числе. Второй – перепрыгивание с ветви на ветвь и преодоление таким способом довольно значительных расстояний. Его используют и разные млекопитающие (белки, куницы, обезьяны), и некоторые пресмыкающиеся, даже земноводные. Вероятнее всего, с этого способа преодоления расстояний начался полёт. II. Способы передвижения в воздухе 1. Планирование. С помощью планирования животные пролетают большее расстояние, чем при перепрыгивании с ветки на ветку за счет кожных складок между конечностями. Такой способ полёта используют, напр., белки-летяги, летучие драконы. Летучие рыбы планируют благодаря большим грудным плавникам. При планировании насекомое разгоняется, а затем останавливает взмахи крыльев, расставляя их в стороны. Благодаря разгону движение еще какое-то время продолжается; оно направлено вперед, с постепенным снижением. Планирующий полет характерен для насекомых с крыльями большой площади, например, бабочек. 2. Парящий полёт. Парящие птицы летают с широко раскрытыми неподвижными крыльями. На подъёме птица парит с уменьшением скорости, используя направленные вверх воздушные потоки, с их помощью грифы и орлы, например, поднимаются на большую высоту. Птицы, использующие поднимающиеся массы теплого воздуха или движение воздуха у горных склонов, имеют большие широкие крылья, у тех же птиц, которые летают над гладью моря и используют изменения в направлении и скорости ветра, пульсации воздуха и завихрения – крылья узкие и заостренные (альбатросы, фрегаты, буревестники и др.). У парящих птиц также довольно короткая кисть, относительно малые размеры сердца. Воздушные потоки образуются из-за неравномерного нагрева земли солнцем. Скорость движения воздушных потоков определяет высоту полёта птицы. Если двигающийся вверх воздушный поток поднимается со скоростью, равной скорости падения птицы, то птица может парить на одном уровне. Если же воздух поднимается со скоростью, превосходящей скорость падения птицы, то птица поднимается вверх. Используя различия в скорости потоков воздуха, птица может часами подниматься и опускаться, не тратя особых усилий. Летучие мыши также иногда переходят на скольжение в воздухе при почти неподвижном положении крыльев (скользящий или парящий полёт). Только длительного парения в воздухе у летучих мышей не наблюдается. У насекомых парящий полёт отличается от планирующего тем, что насекомое использует в ходе перемещения токи воздуха, таким образом, во время парения происходит движение вперед и вверх, а не вперед и вниз. Таким образом часто летают стрекозы. 3. Активный машущий полёт – возможен при непрерывной работе крыльев. Среди птиц этот способ полёта очень разнообразен: стремительный полёт стрижа, медленно двигающая крыльями ворона, трепещущая в воздухе пустельга, бросающийся на добычу сапсан, быстро летящая утка, тяжело хлопающий крыльями фазан и т.д. Птицы средних и крупных размеров обычно комбинируют парящий и машущий полёт – за взмахами крыльев следуют фазы, когда крыло не производит маховых движений. Мелкие же птицы обычно всё время энергично работают крыльями или временно могут складывать крылья, прижимая их к туловищу (вьюрковые птицы). Вихревой полёт известен в своей типичной форме у колибри: тело птицы находится в вертикальном положении, а крылья производят сложные движения. Размах движения крыльев значительно больше, чем при остальных формах полета (до 150°), и частота взмахов достигает 5080 в секунду. Скорость полёта птиц различна: у голубей 30-60 км/ч, у ласточек 40-60, у стрижей до 100-120. Скорость полёта возрастает при попутном ветре и замедляется при встречном. Перелётные птицы, хорошо приспособленные к длительному нахождению в воздухе, преодолевают в сутки в среднем 200-400 км. Как правило, полёт происходит на небольшой высоте (100-300 м), но птицы могут подниматься и на несколько тысяч метров. Длина пролёта некоторых видов птиц достигает 12000 км. Менее обычной формой активного полета является трепещущий полет, который используется птицами и летучими мышами при необходимости остаться на одном месте, как бы взвешенными в воздухе. При встречном ветре со скоростью, равной скорости полета, птица летит, оставаясь практически на месте. Если же скорость ветра меньше или стоит безветрие, то птица должна тормозить быстрыми движениями крыльев спереди назад в почти вертикальном положении тела. Из мелких птиц таким образом часто зависают синицы и пеночки при осматривании концевых веточек деревьев, трясогузки и мухоловки — при ловле насекомых в воздухе. Главная особенность полёта рукокрылых заключается в гибкости и податливости их крыла. Сильный изгиб крыла во время его хода вниз даёт гораздо большую подъёмную силу и сокращает затраты энергии, если сравнивать рукокрылых с птицами. Выполняя махи, рукокрылые прижимают крылья к себе значительно сильнее, чем другие летающие существа. Это сокращает сопротивление воздуха, что улучшает их аэродинамику. У насекомых также активный полет возможен благодаря активным движениям крыльев. Насекомое осуществляет крыловые удары, которые и обеспечивают его перемещение вперед и вверх. Активное перемещение разделяют на две основных разновидности: машущий и стоячий (трепещущий). А) машущий полет – осуществляемый при помощи высокоамплитудных взмахов крыльями, во время которого насекомое движется относительно земли. К этому способу полёта способны все крылатые насекомые. Б) стоячий (трепещущий) полёт – насекомое производит крыльями мелкие движения, при этом оно висит в воздухе, но не летит вперед. Стоячий полёт могут продемонстрировать лишь мухи, бабочки и некоторые другие, довольно немногочисленные насекомые. При этом во время стояния на месте кончик крыла описывает фигуру восьмерки. Если же насекомое смещается вперед, эта фигура «растягивается», и крыло «рисует» синусоиду. 4. Парашютирующий полёт. Насекомое активно взлетает вверх, набирая определенную высоту, а затем расправляет крылья, создавая сопротивление воздуху, и медленно снижается, как на парашюте. При этом движению вниз оно препятствует не только при помощи расправленных крыльев, но и придавая определенное положение конечностям или хвостовым нитям. Такой полёт характерен, например, для подёнок и мошек, которые используют его в период размножения. 5. Дрейфующий полёт. Этот способ полёта, как и парящий, невозможен без сил внешней среды. Под действием ветра и вертикальных потоков воздуха мелкие насекомые (мошки, тля) могут преодолевать значительные расстояния, до десятков тысяч километров. Это способствует их расселению, но иногда может быть для них и губительным: они не способны сопротивляться сильному ветру и погибают, если ток воздуха принесет их в воду или по пути они будут уничтожены хищниками. Дрейфующий полёт – единственная возможность путешествия по воздуху для бескрылых насекомых, а также личинок. III. Способы передвижения в воде Реактивный способ применяют медузы, головоногие и некоторые двустворчатые моллюски. Вода поступает к ним в организм, а затем выталкивается наружу при помощи купола, зонтика или сифона. У насекомых, перешедших к жизни в воде, ноги бывают часто с удлинёнными плоскими голенями, покрытыми длинными волосками. Такие плавательные ноги работают как вёсла. Плавание - самый распространенный среди позвоночных тип передвижения в воде. Им пользуются все представители круглоротых, панцирные, хрящевые и костные рыбы, большая часть земноводных, многие пресмыкающиеся (морские змеи, водные черепахи, морские игуаны, крокодилы), птицы (пингвины, гусиные, гагары, поганки) и млекопитающие (китообразные, сирены, ластоногие и отдельные виды из других отрядов). Кроме того, краткое время передвигаться в воде могут многие сухопутные животные, даже такие, которых представить в воде очень трудно (крупные кошачьи, змеи, белки, кроты, летучие мыши). Существует различие между плаванием случайным и специализированным. Практически все примеры случайного, или вынужденного, плавания являются продолжением движения соответствующих видов на суше. Змея волнообразно передвигается в воде, разные млекопитающие попеременно гребут конечностями, а летучие мыши плавают при помощи крыльев. Продолжая те же движения, что и на суше, плавают разные земноводные, водяная кутора, выдра, капибара, белые медведи, бегемоты и др. Высокоспециализированные позвоночные – обитатели водоёмов (рыбы, китообразные и др.) плавают при помощи плавников, изгибания тела, хвоста. IV. Способы передвижения в почве Животные передвигаются в почве с помощью рытья. Одна из его задач – постройка укрытия для защиты. Животные при этом роют или только передними (млекопитающие, пресмыкающиеся), или только задними конечностями (птицы, земноводные). У птиц во время рытья тело всегда наклоняется над одной, стоящей конечностью, другая же освобождается для роющего движения. У лягушек (например, у обыкновенной чесночницы) рытье производится обычно медленными движениями задних ног, слегка направленными в стороны. У пресмыкающихся роющие движения выполняются попеременно передними конечностями. Млекопитающие роют быстрыми переменными движениями, но иногда одновременным действием обоих передних конечностей, задние ноги при этом прочно опираются о землю. В этом типе рытья самыми способными показали себя броненосцы, о которых говорят, что они могут зарыться даже на асфальтированной дороге. Броненосцы роют так быстро, что в случае необходимости буквально на глазах погружаются в землю. Другая задача рытья, встречающаяся у млекопитающих – создание условий для передвижения в почве. Для этого животные роют разные ходы и туннели, как кроты, землеройки, полевки и мн. др. Обычно они делают это двумя способами. Первый – животные роют передними конечностями землю под себя и задними отбрасывают ее за себя, при этом пятятся так долго, пока не очистят весь коридор. Реже они оставляют землю в туннеле или же вытесняют ее наверх в виде кротовых куч. При втором способе животные как бы плавают под землей, делая конечностями попеременные роющие движения и отбрасывая землю назад. Некоторые грызуны (например, слепыши) при копании помогают себе выступающими резцами, а накопанную землю выталкивают в ходы над собой. Особый способ проникновения в землю известен у змей (слепуны и др.) и червяг, которые сверлят почву головой.
